35
A. Materi Penelitian
Materi penelitian diambil dari hasil pengujian eksperimental oleh Tjahjono dan Purnomo (2004). Benda uji sambungan balok-kolom pracetak bagian sisi luar
(exterior) dari bangunan gedung lima lantai. Benda uji yang akan dilakukan penelitian diambil dari sambungan tipe A, yaitu penyambungan dilakukan pada pertemuan elemen balok dan kolom pracetak dengan adanya penonjolan daerah balok pada sisi luar (Gambar 4.1). Penelitian dilakukan secara numerik yaitu dengan analisis dari permodelan komputer dan pemeriksaan mengenai sambungan balok kolom pracetak dengan beban statik. Penelitian terdiri dari dua benda uji yaitu Benda Uji 1 (BU-1) yang meliputi sambungan balok persegi dan kolom persegi, dan Benda Uji 2 (BU-2) yang meliputi sambungan balok T dan kolom persegi.
Material propertis pada BU-1 dan benda BU-2 dapat dilihat data-data sebagai berikut:
Mutu Beton (fc) : Kolom = 32 MPa Balok = 28 MPa Modulus Elastisitas Baja Tulangan (Ec) = 200.000 MPa Tegangan tarik baja tulangan pada saat leleh (fy) = 420 MPa
B. Peralatan Penelitian
Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Laptop dan Komputer yang memiliki software ABAQUS 6.11-2.
C. Set-Up Penelitian
Penelitian dilakukan terhadap dua benda uji yaitu benda uji 1 (BU-1) sambungan balok persegi-kolom dan benda uji 2 (BU-2) sambungan balok T-kolom, data dari benda uji dapat dilihat pada Tabel 1. Detail benda uji dapat dilihat pada Gambar 4.2 sampai Gambar 4.6. Benda uji akan diberi beban yang berbeda antara BU-1 dan BU-2, untuk BU-1 akan diberi beban sebesar 40 kN dan BU-2 sebesar 100 kN. Beban yang diberikan merupakan beban titik yang masing-masing benda uji terdapat dua titik. Pembebanan diletakkan pada pada ujung-ujung balok. Penyambungan pada daerah pertemuan balok dan kolom digunakan
grouting pada beton, sedangkan tulangannya dibengkokkan pada ujung tonjolan balok dan diikat menggunakan tulangan sengkang. Mutu yang digunakan untuk
grouting sama dengan mutu balok.
Tabel 4.1 Data Benda Uji 1(BU-1) dan Benda Uji 2 (BU-2)
Benda Uji 1 (BU-1) Benda Uji 2 (BU-2)
Balok Kolom Balok Kolom
Mutu Beton (fc’) 28 MPa 32 MPa 28 MPa 32 MPa Mutu Baja (fy) 420 MPa 420 MPa 420 MPa 420 MPa
Dimensi b be 200 mm 300 mm 300 mm 300 mm bw 200 mm h hf 225 mm 300 mm 150 mm 300 mm h-hf 175 mm Tulangan Utama 6D12 8D12 8D12 8D12 Tulangan Sengkang ø6-80 ø6-50 2ø6-80 ø6-50 Bentang 1500 mm 895 mm 1500 mm 1125 mm Selimut Beton 40 mm 40 mm 40 mm 40 mm
Gambar 4.2 Detail benda uji 1
Gambar 4.3 Detail potongan benda uji 1
Gambar 4.4 Detail benda uji 2
D. Alur Penelitian
Proses pelaksanaan penelitian dapat dilihat pada Gambar 4.6 berikut ini:
Gambar 4.6 Bagan Alir Penelitian Kesimpulan
Tidak = Error
Permodelan Sambungan Balok-Kolom dengan Variasi Balok
Persegi dan Balok T
Memasukkan data-data untuk simulasi pada setiap modul
ABAQUS CAE Studi Literatur
Mulai
Subbmit Job
ABAQUS CAE
Hasil dan Analisis Ya = Complete
E. Langkah Permodelan Elemen Hingga
Permodelan elemen hingga pada ABAQUS CAE 6.11-2 ini mempunya lima modul yang setiap modulnya mempunyai fungsi dan pengaturan masing-masing, modul tersebut juga mewakili langkah-langkah dalam permodelan elemen hingga pada BU-1 dan BU-2. Langkah-langkah permodelan dapat dilihat seperti berikut:
1. Membuka menu ABAQUS CAE 6.11-2
Langkah pertama adalah masuk program ABAQUS CAE dengan cara pilih dari desktop atau panel start, kemudian klik icon ABAQUS CAE setelah itu akan muncul viewport kemudian pilih creating model database.
Gambar 4.7 Membuka program ABAQUS CAE
2. Modul Part
Modul yang pertama adalah modul part, modul ini berfungsi untuk memodelkan geometri benda uji yang akan dianalis. Pertama memilih pilih
Create Part untuk memulai memasukkan geometri benda uji. Akan muncul kotak dialog Create Part yang akan diberi nama sesuai part yang akan dimodelkan. Pada kotak dialog create part tersedia approximate size yang berfungsi untuk menentukan skala sketcher yang sesuai dengan dimensi yang akan dibuat. Pada permodelan ini digunakan approximate 1000, dengan asumsi bahwa permodelan ini menggunakan satuan millimeter (mm).
Gambar 4.9 Approximate size pada kotak dialog create part
a. Kolom
Pada permodelan ini dibuat kolom dengan tipe deformeable karena tegangan yang diterima diatas batas proporsional (plastic area), untuk BU-1 dan BU-2 memiliki dimensi yang sama yaitu sebesar 300 × 300. Pilih tipe solid karena kolom merupakan benda padat yang mempunyai bentang untuk BU-1 sebesar 895 mm dan BU-2 sebesar 1125 mm, sehingga dipilih tipe extrusion.
Gambar 4.11 Sket kolom pada lembar kerja ABAQUS
Gambar 4.12 Hasil dari permodelan kolom pada tampilan 3D
b. Balok
Pada permodelan ini dibuat balok dengan tipe deformeable karena tegangan yang diterima diatas batas proporsional (plastic area), untuk BU-1 dimensi 200 × 225 dan BU-2 dengan ukuran untuk lebar sayap 300 mm, lebar badan 200 mm, dan tinggi balok T 325 mm. Pilih tipe solid karena kolom merupakan benda padat yang mempunyai bentang untuk BU-1 sebesar 1912,5 mm dan BU-2 sebesar 1877,5 mm, sehingga dipilih tipe
extrusion.
c. Tulangan
Dalam permodelan beton bertulang interaksi dengan beton sebagai
Embedded Interaction yaitu pergerakan dari elemen beton. Sehingga diasumsikan lekatan tulangan dengan beton bersifat Perfect Bond. Diasumsikan tulangan bekerja didalam beton hanya mengalami tarik dan desak saja sehingga elemen yang digunakan adalah tipe Truss Element. Langkahnya adalah klik Create Part. Pada Base Future, pilih Shape = Wire, Type = Planar. Kemudian Create Line dan gambarkan garis sembarang pada arah horisontal. Pengisian pada Base Future dapat dilihat pada Gambar 4.14, dengan hasil akhir pada Gambar 4.15.
Gambar 4.14 Pemilihan Shape Wire dengan Type Planar untuk tulangan
Gambar 4.15 Hasil dari permodelan tulangan
d. Membuat Datum Plane
Datum Plane merupakan fasilitas yang dapat digunakan untuk membagi/ memotong Cell menjadi bagian bagian yang terpisah. Prosedur yang dilakukan adalah pilih Tools, Datum seperti pada Gambar 4.16, pilih Type = Plane, Offset from plane, pilih Surface Cell sebagai referensi seperti pada Gambar 4.17. Kemudian pilih arahnya sesuai dengan posisi datum
terhadap permukaan yang direferensi seperti pada Gambar 4.18, isikan jaraknya adalah 200 mm, klik OK. Hasilnya seperti pada Gambar 4.19.
Gambar 4.16 Perintah membuat Datum
Gambar 4.17 Cara membuat Datum Plane
Gambar 4.19 Datum Plane yang sudah terbentuk
e. Melakukan Partition Cell
Partition Cell berfungsi untuk memisahkan elemen, ataupun Surface
dalam 1 Cell agar dapat diberikan ukuran mesh ataupun beban di Surface yang terpisah. Pilih Partition Cell dengan ditahan, pilih tipe Partition Cell Use Datum Plane seperti pada Gambar 4.20, pilih Cell yang akan dipartisi dari Datum Plane yang telah dibuat kemudian pilih Create Partition. Hasilnya Cell yang sudah terpartisi pada Gambar 4.21.
Gambar 4.20 Fasilitas Partition Cell
3. Modul Property
Modul property berfungsi untuk memasukkan properti material yang digunakan permodelan benda uji meliputi beton pracetak dan tulangan.
a. Material properties beton
Model material beton yang digunakan dalam penelitian ini adalah
Concrete Damaged Plasticity. Masukan yang diperlukan meliputi modulus elastisitas, konstitusif material beton pada kondisi desak dan tarik, dan parameter Plasticity.
Langkah untuk memulai pengisian material adalah pilih property seperti Gambar 4.22, kemudian pilih Create Material, beri nama material, pilih
Elasticity untuk memasukkan modulus elastisitas beton (E) beton = 24870,06232 MPa, dan kolom E = 26587,21497 MPa, sedangkan untuk
Poisson Ratio = 0,3 (Gambar4.23). Kemudian pilih plasticity, pilih
Concrete Damaged Plasticity seperti pada Gambar 4.24. Isikan parameter
Plasticity dari data Tabel. 4.2 seperti Gambar 4.25, memasukkan data konstitutif desak beton sesuai Tabel 4.3 dan Tabel 4.4 seperti Gambar 4.26 dan kemudian memasukkan data konstitutif tarik sesuai dengan Tabel 4.5 dan Tabel 4.6 seperti Gambar 4.27. Data yang digunakan untuk pengisian material ini menggunakan satuan MPa.
Gambar 4.23 Memasukkan data elastisitas
Gambar 4.24 Tampilan form input model material Concrete Damaged Plasticity
Tabel 4.2 Parameter plasticity beton (Panduan Permodelan Struktur Beton Bertulang dengan ABAQUS)
Dilatation angle (Ψ) Eccentricity Fb0/fc0 K Viscocity
Gambar 4.25 Tampilan form input parameter Plasticity pada model material
Concrete Damaged Plasticity
Tabel 4.3 Compressive Behavior (Panduan Permodelan Struktur Beton Bertulang dengan ABAQUS)
Yield Stress Inelastic Strain
11,47417 0 17,67084 0,00039 21,01294 0,00061 26,05119 0,00109 28,47684 0,00159 28,68542 0,00179 28,22981 0,00209 25,53734 0,00259 14,34271 0,00354 6,05362 0,00459 3,49047 0,00559 0,93815 0,00959
Tabel 4.4 Concrete compression damage (Panduan Permodelan Struktur Beton Bertulang dengan ABAQUS)
Damage Parameter Inelastic Strain
0 0 0 0,00039 0 0,00061 0 0,00109 0 0,00159 0 0,00179 0,02 0,00209 0,11 0,00259 0,5 0,00354 0,79 0,00459 0,88 0,00559 0,97 0,00959
Gambar 4.26 Tampilan form input Compression Behavior model material
Tabel 4.5 Tensile Behavior (Panduan Permodelan Struktur Beton Bertulang dengan ABAQUS)
Yield Stress Cracking Strain
1,89742 0 2,10825 8,00E-05 1,99877 0,00013 1,94403 0,00015 1,82213 0,0002 1,34192 0,00039 1,01349 0,00052 0,79454 0,00061 0 0,00093
Tabel 4.6 Concrete tension damage (Panduan Permodelan Struktur Beton Bertulang dengan ABAQUS)
Damaged
Parameter Cracking Strain
0 0 0 8,00E-05 0,05 0,00013 0,08 0,00015 0,14 0,0002 0,36 0,00039 0,52 0,00052 0,62 0,00061 0,99 0,00093
Gambar 4.27 Tampilan form input Tension Behavior model material Concrete Damaged Plasticity
b. Material properties baja
Model material baja yang digunakan dalam penelitian ini adalah Classic Plasticity. Masukan yang diperlukan meliputi modulus elastisitas dan konstitutif material baja yang tersaji dalam Tabel 4.6. Material properties baja dengan modulus elastisitas baja (E) = 2000000, dengan Poisson Ratio = 0,3. Prosedur yang dilakukan adalah pilih Create Material, beri nama material, pilih Elasticity untuk input modulus elastisitas dan rasio poison dan Plasticity pilih Plasticity seperti pada Gambar 4.28. Isikan konstitutif material pada Tabel 4.7 seperti pada Gambar 4.29 kemudian pilih OK.
Tabel 4.7 Tabel Stress dan Strain (Panduan Permodelan Struktur Beton Bertulang dengan ABAQUS) Stress Strain 420 0 420 0,018 500 0,028 500 0,198
Gambar 4.28 Tampilan form input Elasticity material baja
Gambar 4.29 Tampilan form input Plasticity material baja
c. Create section dan Assign untuk Solid Element
Klik Create Section dan isikan nama Section yang dibuat pilih Category = Solid, dan Type = Homogeneous seperti pada Gambar 4.30, selanjutnya akan muncul form Edit Section seperti pada Gambar 4.31, pilih nama material, klik OK. Klik Assign Section seperti pada Gambar 4.32, pilih
Cell yang akan dipasangkan ke Section pada kanvas seperti pada Gambar 4.33, klik Done.
Gambar 4.30 Perintah Create Section
Gambar 4.31 Perintah Edit Section
Gambar 4.32 Perintah Assign Section
d. Create Section dan Assign untuk Truss Element
Pilih Create Section dan isikan nama Section yang dibuat pilih Category = Beam, dan Type = Truss seperti pada Gambar 4.34, selanjutnya akan muncul form Edit Section seperti Gambar 4.35, pilih nama material, klik
OK. Klik Assign Section seperti pada Gambar 4.36, pilih Cell yang akan dipasangkan ke Section pada kanvas seperti pada Gambar 4.37.
Gambar 4.34 Create Section Truss Element
Gambar 4.35 Masukan material baja dan luas penampang tulangan dengan Truss Element
Gambar 4.37 Masukan material baja dan luas penampang tulangan dengan Truss Element
4. Modul Mesh
Mesh merupakan fasilitas untuk melakukan pembagian dan penentuan tipe dari Element dari Part ataupun Assembly. Konvergensi dari analisis tergantung dari tingkat keteraturan dan kesesuaian elemen yang digunakan dengan geometrik struktur. Data kovergensi dalam penelitian ini tersaji dalam Tabel 4.8 untuk BU-1 dan Tabel 4.9 untuk BU-2, dari hasil konvergensi dipilih selisih yang kurang dari 5% untuk keakuratan data yang dipakai. Grafik hasil dari konvergensi tersebut dapat dilihat pada Gambar 4.38 pada BU-1 dan pada Gambar 4.39 pada BU-2. Dari data tersebut untuk BU-1 digunakan Mesh 70 dan untuk BU-2 digunakan Mesh 50. Langkah untuk menampilkan fasilitas Mesh pilih Mesh.
a. Mesh pada Solid Element
Mesh pada pada Solid Element dibuat dengan cara pilih module:mesh
kemudian pilih seed part, kemudian pada global seeds isi Approximate global size sesuai dengan ukuran mesh yang diinginkan kemudian pilih
OK seperti pada gambar 4.40. pilih mesh part untuk menampilkan mesh
yang dibuat kemudian pilih yes, selanjutnya pilih Assign Element Type
kemudian pilih part lalu done, akan muncul menu element type, pada bagian element library pilih explicit, dan pada bagian family pilih 3D Stress kemudian OK seperti pada gambar 4.41.
b. Mesh pada Truss Element
Mesh pada pada Truss Element dibuat dengan cara pilih module:mesh
kemudian pilih seed part, kemudian pada global seeds isi Approximate global size sesuai dengan ukuran mesh yang diinginkan kemudian pilih
OK seperti pada gambar 4.40. Pilih mesh part untuk menampilkan mesh
yang dibuat kemudian pilih yes, selanjutnya pilih Assign Element Type
kemudian pilih part lalu done, akan muncul menu element type, pada bagian element library pilih explicit, dan pada bagian family pilih truss
kemudian OK seperti pada gambar 4.42. Hasil akhir dari proses mesh ini dapat dilihat pada Gambar 4.43.
Tabel 4.8 Hasil konvergensi Benda Uji 1
No Mesh Jumlah Elemen Displacement Terbesar % 1 100 1200 264,919 21,15 2 90 1489 208,879 18,77 3 80 2204 169,674 3,40 4 70 2368 175,441 4,88 5 60 3072 166,881 48,06 6 50 4382 247,088
Tabel 4.9 Hasil konvergensi Benda Uji 2
No Mesh Jumlah Elemen Displacement Terbesar % 1 80 4479 5,8292 6,38 2 70 4908 5,4797 6,91 3 60 6404 5,12564 4,37 4 50 8580 4,91114 4,24 5 40 14628 4,71117 18,98 6 30 29279 3,95979
Gambar 4.38 Hasil konvergensi BU-1
Gambar 4.39 Hasil konvergensi BU-2
Gambar 4.40 Memasukkan ukuran Mesh
0 20 40 60 80 100 120 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Dis p la cem ent T erbes a r Jumlah Elemen 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 Dis p la ce m ent T er bes a r Jumlah Elemen
Gambar 4.41 Menu element type pada Solid Element
Gambar 4.42 Menu element type pada Truss Element
Gambar 4.43 Mesh pada semua elemen benda uji
5. Modul assembly
Modul Assembly merupakan fasilitas yang memberikan tempat model untuk bisa dilakukan eksekusi analisis. Modul ini digunakan untuk menyatukan
semua benda uji dari beberapa Part menjadi satu kesatuan. Pada model ini pengerjaan yang pertama adalah tulangannya. Model ini terdapat beberapa menu untuk menghubungkan antara part yang satu dengan part yang lain. Menu yang dipakai antara lain adalah menu Linear Pattern untuk menggandakan misalnya pada tulangan utama dan tulangan sengkang, menu
Translate Instance untuk memindahkan part, menu Rotate Instance yang digunakan untuk merotasi part. Gambar 4.44 menunjukkan tulangan yang telah di assembly dan Gambar 4.45 adalah model keseluruhan dari part yang sudah di Assembly
Gambar 4.44 Model penulangan
Gambar 4.45 Model keseluruhan yang telah di Assembly
6. Modul step
Step merupakan fasilitas yang digunakan untuk menentukan algoritma iterasi numerik. Langkah untuk memulai pilih perintah Step klik Create, beri nama
Step, pilih General, “Static, General” seperti Gambar 4.45. Output analisis yang diiginkan dapat ditentukan dengan perintah Field Output Request Manager seperti Gambar 4.46.
Gambar 4.46 Menu Create Step
Gambar 4.47 Menu Edit Output Request
7. Modul interaction
Interaction merupakan fasilitas yang memberikan hubungan antar Part dalam suatu Assembly. Penelitian ini menggunakan interaksi Embedded Region
dengan Tie adjusted surface untuk menghubungkan grouting dengan balok dan kolom. Proses interaction dilakukan dengan memilih Create Constraint
pilih Embeded Region untuk menghubungkan antara beton dan tulangan sehingga bisa bersifat perfect bond seperti pada Gambar 4.48 dan Gambar 4.49. Tampilkan Part tulangan saja dengan cara klik View, Assembly Display Options, pilih Instance. Kemudian beri tanda ceklist pada daerah tulangan saja (Gambar 4.50). Pilih semua tulangan, klik Done, selanjutnya klik Select Region dari Part beton saja klik Done. Tampilan setelah dilakukan
Interaction pada beton dan tulangan dapat dilihat pada Gambar 4.51. Kemudian pada bagian grouting dengan balok kolom pilih CreateInteraction
pilih Surface-to-surface contact (Gambar 4.52) , lalu pilih master pada bagian semua sisi balok grouting dan bagian slave atau yang menempel pilih bagian permukaan yang akan menempel pada bagian master tadi. Ceklist pada Tie adjusted surface (Gambar 4.53). Tampilan setelah antar grouting dengan balok dan kolom dilakukan interaction dapat dilihat pada Gambar 4.54.
Gambar 4.48 Menu Create Constraint
Gambar 4.49 Pemilihan Embedded region untuk hubungan beton dan tulangan
Gambar 4.50 Menu untuk menampilkan tulangan
Gambar 4.51Tampilan setelah beton dan tulangan diberi hubungan Embedded region
Gambar 4.52 Menu Create Interaction untuk memilih Surface-to-surface contact
Gambar 4.53 Tampilan menu Edit Interaction
Gambar 4.54 Tampilan pada balok grouting setelah dilakukan Interaction
8. Modul load
Load merupakan fasilitas untuk memasukkan beban (Load) dan Boundary Condition. Pembebanan pada pengujian ini digunakan beban titik pada setiap ujung balok dan untuk tumpuan digunakan jepit-jepit. Beban yang diberikan untuk pengujian ini sebesar 40 kN untuk BU-1 dan 100 kN untuk BU-2. Langkah dalam memberi pembebanan adalah pilih Create Load untuk memberi nama beban, pada menu Create Load (Gambar 4.55) pilih
Concentrated force (Gambar 4.56) karena yang digunakan adalah beban titik. Isi pada kolom CF2 dengan beban yang akan dianalisis, CF2 dipilih karena beban menunjukkan arah vertikal dari titik yang dipilih (Gambar 4.57).
Kemudian untuk mengatur tumpuan pilih Create Boundary Condition
(Gambar 4.58), kemudian pilih Symmetry/Antisymmetry/Encastre (Gambar 4.59), pilih Encastre karena tumpuan yang diinginkan bernilai nol atau jenis tumpuan jepit (Gambar 4.60). Tampilan yang telah selesai diinput data beban dapat dilihat pada Gambar 4.61.
Gambar 4.55 Pemilihan menu Create Load
Gambar 4.56 Menu Create Load
Gambar 4.58 Pemilihan menu Create Boundary Condition
Gambar 4.59 Menu untuk memilih jenis tumpuan
Gambar 4.60 Menu Edit Boundary Condition untuk memilih tumpuan jepit
9. Modul Job
Job merupakan fasilitas untuk mengkonversi model menjadi file input yang selanjutnya akan dieksekusi secara numerik oleh ABAQUS. Prosedur yang dilakukan adalah pilih perintah Job, isikan nama Job dan klik Continue
(Gambar 4.62). Selanjutnya isikan masukan Job pada bagian Submission, dan
Memory seperti pada Gambar 4.63 dan Gambar 4.64 pilih OK. Untuk menjalankan analaisis numerik pilih Submit dari Job yang dipilih (Gambar 4.65). Untuk melakukan monitor progress analisis numerik pilih Monitor
(Gambar 4.66).
Gambar 4.62 Perintah Create Job
Gambar 4.63 Tampilan Submission pada Edit Job
Gambar 4.65 Tampilan Job yang selesai dibuat
Gambar 4.66 Tampilan Monitoring Job yang telah selesai running (Completed)
10.Modul Visualization
Visualization merupakan fasilitas untuk menampilkan keluaran analisis numerik secara grafis meliputi kontur tegangan, regangan, displacement, damage parameter, dan parameter output lainnya. Cara menampilakan perintah ini adalah klik Result pada form Job Manager seperti pada Gambar 4.67.
